Автореферат (1104201)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиДагесян Саркис АрменаковичОДНОЭЛЕКТРОННЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ СВЫСОКОЙ ЗАРЯДОВОЙ ЭНЕРГИЕЙСпециальность 01.04.04 —«Физическая электроника»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква — 2017Работа выполнена на кафедре атомной физики, физики плазмы и микро­электроники физического факультета МГУ имени М. В. ЛомоносоваНаучный руководитель:кандидат физико-математических наукСолдатов Евгений СергеевичОфициальные оппоненты:Лукичёв Владимир Фёдорович,доктор физико-математических наук, профес­сор, член-корр. РАН,Физико-технологический институт РАН,директорКуприянов Михаил Юрьевич,доктор физико-математических наук, профес­сор,НИИЯФ МГУ,главный научный сотрудникФионов Александр Сергеевич,кандидат технических наук,Институт радиотехники и электроники РАН,старший научный сотрудникЗащита диссертации состоится «23» ноября 2017 г.

в 16:30 — на заседаниидиссертационного совета МГУ.01.12 Московского государственного универ­ситета имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы,д.1, стр.2, Физический факультет МГУ, ЦФА.E-mail: igorkartashov@mail.ruС диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций научной библио­теки МГУ имени М.В.Ломоносова (Ломоносовский просп., д.27) и на сайтеИАС «ИСТИНА»: http://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/34133295/Автореферат разослан 20 октября 2017 года.Ученый секретарьдиссертационного советаМГУ.01.12,к.ф.-м.н.Карташов Игорь НиколаевичОбщая характеристика работыАктуальность темы. Разрешающая способность современных про­мышленных нанолитографических систем непрерывно растёт уже более по­лувека. Ширина канала полевых транзисторов современных процессоровдостигла14 нм[1].

Разделены каналы транзисторов интервалом в42 нм.Есть серьёзные основания полагать,что размер электронных компонент начипе будет и дальше уменьшаться. Уже сейчас активно используются в про­мышленности для формирования изолирующих слоёв различные методыатомно-слоевого осаждения [2]. Развивается технология нанолитографии,в том числе разрабатываются альтернативные процессы, такие как EUVлитография [3], многолучевая электронная литография [4]. Уже анонси­рован выход в серийное производство в 2017 году чипов, изготовленныхпо норме7 нм[5]. Современная индустрия приближается к возможностистабильно создавать планарные элементы электронных схем практическина атомарном масштабе.

На таком масштабе классический подход к созда­нию электронных устройств на основе легированных полупроводниковыхполевых транзисторов сталкивается с серьёзными проблемами. Однако от­крывается возможность использования физических эффектов, проявляю­щихся на столь малых масштабах. Одним из таких эффектов являетсяодноэлектронное туннелирование [6].Первые одноэлектронные устройства были созданы уже более 25 летназад [7]. Такие устройства обладают рядом уникальных свойств [8]. На ихоснове создан термометр для измерения криотемператур [9], наиболее точ­ный метрологический стандарт тока с относительной точностью до10−9[10].

Перспективно их применение в качестве сенсоров электрического за­ряда, т. к. полученные рекордно низкие значения зарядового шума одно­электронных устройств лишь немного отличаются от квантового предела ∼ 10−6 /√Гц [11]. Кроме того, одноэлектронные элементы обладаютрекордно малой потребляемой мощностью (∼ 10−9 − 10−12 Вт).В связис этим они уже нашли своё применение в метрологических целях, а так­же в качестве вспомогательного устройства (сенсора) в ряде уникальныхэкспериментов [12].Однако применение таких устройств сильно ограничено по темпера­туре.

Поначалу одноэлектронные эффекты наблюдались исключительно вдиапазоне температур ниже 1 К. Рабочая температура одноэлектронныхустройств прямо пропорциональна кулоновской энергии зарядовых цен­тров, на основе которых они созданы. В свою очередь, кулоновская энергиятем выше, чем меньше размер этих зарядовых центров. В этом смысле оп­тимальным было бы использование предельно малых объектов как основыодноэлектронных устройств. Очевидно, что максимальной зарядовой энер­гией будут обладать одноэлектронные устройства на основе одиночных ато­мов внутри кристаллической решётки или сложной молекулы.

Предельно3малые размеры таких объектов и высокая энергоэффективность одноэлек­тронных устройств позволяют говорить о принципиальной возможностисверхплотной упаковки таких элементов (∼ 1012 см−2 )Простейшим и важнейшим элементом, в котором наблюдаются одно­электронные эффекты, является одноэлектронный транзистор. Основны­ми составляющими одноэлектронного транзистора являются остров (клю­чевой элемент устройства), надёжно отделённый туннельными переходамиот стока и истока, а также электрод управления (затвор), влияющий на ост­ров исключительно за счёт емкостной связи.

В случае высокотемпературно­го одноэлектронного транзистора островом должен быть объект размеромменее 5 нм: одиночная наночастица, молекула, молекулярный кластер илипримесный атом в кристаллической решётке. Создание такого устройстваявляется нетривиальной задачей в связи со сложностью манипулированияотдельными объектами столь малого размера, а также в связи с необходи­мостью очень близко подводить электроды транзистора к ним для созда­ния туннельных переходов.На сегодняшний день уже существует множество экспериментальныхработ, где продемонстрированы различные варианты реализации одноэлек­тронных устройств на основе одиночных молекул или атомов [13], [14]. Вних продемонстрирован ряд интересных квантовых эффектов, наблюдаю­щихся при низких температурах [15]. Однако применение одноэлектронныхустройств для высокотемпературных приложений до сих пор остаётся нере­шённой задачей, несмотря на то, что принципиальная возможность наблю­дения коррелированного туннелирования электронов даже при комнатнойтемпературе давно экспериментально показана [16].

Дело в том, что саматехнология изготовления подобных устройств достаточна специфична. Этолибо методы, использующие иглу сканирующего туннельного микроскопав качестве одного из электродов [16], либо методы, дающие крайне низкийвыход годных образцов [17]. Поэтому разработка технологии изготовленияодноэлектронных устройств на основе одиночных атомов и молекул в наи­более практически употребимой планарной геометрии и исследование ихсвойств является на сегодняшний день актуальной задачей.Целью данной работы является разработка лабораторной методикисоздания одноэлектронных транзисторов на основе объектов молекулярно­го (наночастицы золота 2 – 4 нм) и атомарного (примесные атомы в решёт­ке кремния) масштаба, а также их воспроизводимое изготовление, исследо­вание транспорта электронов в изготовленных элементах при различныхтемпературах, в том числе высоких для одноэлектронных эффектов, ихструктурные исследования, физическая интерпретация полученных экспе­риментальных данных.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следу­ющие задачи:41.

Разработатьэлектродовлабораторнуюметодикумолекулярногоизготовлениятранзисторанаосновепланарныхэлектронно­лучевой литографии и метода, использующего эффект электроми­грации атомов в тонких плёнках.2. Исследовать динамику разрыва нанопровода в результате прове­дения процесса электромиграции.3. Исследовать электрические структурные характеристики получен­ных электродов для верной интерпретации данных последующихизмерений зазоров со встроенными наночастицами.4. Разработать лабораторную методику встраивания острова высоко­температурного одноэлектронного транзистора в полученный на­нозазор между электродами.5. Исследоватьэлектрическиетранзисторовтемператур.молекулярногоСопоставитьхарактеристикимасштабаданныеводноэлектронныхширокомэлектрическихдиапазонеизмеренийсоструктурными исследованиями наносистем.6. Разработать технологию изготовления кремниевых нанопроводовс сужением менее 50 нм из неравномерно легированного крем­ния-на-изоляторе (КНИ).

Исследовать электронный транспорт втаких нанопроводах при температуре 4.2 К.7. Разработатьметодикуконтролируемогоуменьшенияразмеракремниевого нанопровода до состояния, когда в месте наибольше­го сужения нанопровода электронный транспорт проходит через1 – 3 примесных атома.8. Исследовать электрические характеристики полученных одноэлек­тронных транзисторов на основе одиночных примесных атомовпри температуре 4.2 К и 77 К.Научная новизна:1. Впервые исследована при комнатной температуре временная дина­мика проводимости квантового провода, образующегося в резуль­тате проведения процесса электромиграции и содержащего в по­перечном сечении в месте наибольшего сужения менее 20 атомовзолота. Продемонстрирована квантовая природа проводимости втаком проводе.2.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации